올해는 국내 외부 세라믹 재료의 연구, 개발 및 응용은 경쟁이 치열하며 각각 고유한 장점이 있습니다. 21세기 항공 동력 분야에서 선도적인 위치를 유지하기 위해 전 세계 항공우주 엔진 기업들은 군용 및 민간용 엔진의 성능을 향상시키고 경쟁력을 유지하기 위한 새로운 방법을 모색하고 있습니다.
이 목표 달성의 절반은 저온 고분자 복합재 및 고온 세라믹 재료를 포함한 재료 개선에 달려 있습니다. 나머지 절반은 설계 기준, 방법 및 절차 개선에 의존할 것입니다. 군용 엔진 재료 개선의 핵심은 고온 세라믹 재료에 대한 의존이기 때문에 군용 엔진은 세라믹 기술의 주요 시연자가 될 것입니다. br style="color: rgb(88, 88, 88); 글꼴 계열: "Microsoft YaHei"; 글꼴 크기: 13px;"
왜 화학적 지르코니아 세라믹을 사용해야 합니까? 기존 엔진의 작동 온도는 이미 매우 높기 때문입니다. 온도를 다시 높이는 유일한 방법은 냉각 공기 회로를 세심하게 설계하거나 공조량을 늘리는 것입니다. 그러나 이러한 방법의 효과는 재료의 작동 온도를 높이는 것만으로도 가장 큰 효과를 얻을 수 있습니다. 작동 온도를 높이면 온도가 향상될 수 있기 때문입니다.높은 작업 효율성, 연료 소비 감소 및 최대 추력 냉각을 위해 저장된 고압 공기를 순환에 사용하면 추력과 효율성도 향상됩니다. 또 다른 옵션은 무게를 줄이는 것입니다. 비강도와 비강성이 높은 재료를 사용할 수 있으며, 현재로서는 세라믹 재료만이 이와 관련하여 잠재력을 가지고 있습니다. 엔진에 세라믹을 적용하는 연구 진행 상황은 완전히 새로운 재료와 제조 방법을 갖춘 항공우주 엔진에 사용될 것입니다. 이러한 재료와 기술에 대한 경험은 위험을 최소화하면서 얻어야 하며 세라믹 재료에도 동일하게 적용됩니다. 세라믹 재료의 취약성과 설계 및 사용 경험 부족을 고려할 때, 그 공정은 금속 재료의 경우 15~20년 이상으로 매우 길어질 것입니다. 항공 분야에 사용되는 세라믹 소재는 다음과 같습니다.< br style="color: rgb(88, 88, 88); 글꼴 계열: "Microsoft YaHei"; 글꼴 크기:13px;" />
세라믹 매트릭스 합성물
세라믹 매트릭스 복합 재료는 고온 합금보다 밀도가 낮습니다. 3~1/4, 작은 열팽창 계수, 우수한 내식성 및 이론 최대 온도는 1650°C에 도달할 수 있습니다. 따라서 향후 첨단 항공우주 엔진의 핫엔드 부품 후보 소재로 꼽힌다. 초고온 세라믹 소재
항공우주 분야의 과학자들은 승객들의 빠르고 편안한 여행 생활 추구와 인간의 탐구를 만족시키기 위해 더욱 빠르고 안전한 항공기를 끊임없이 개발하고 있습니다.신비한 우주의 세계를 탐험해보세요. 우주왕복선 컬럼비아호의 날개에 사용되는 내열 소재는 세라믹 소재다. 이 재료가 충분히 높은 강도를 갖고 있고 피할 수 없는 손상을 입더라도 좋은 상태를 유지할 수 있다면 "컬럼비아" 충돌의 비극을 피할 수 있다고 생각할 수 있습니다.
미래의 우주 왕복선이 보다 안정적인 비행 안전을 보장하기 위해 NASA는 컬럼비아 충돌 이후 관련 연구 계획을 신속하게 시작했습니다. 여기에는 차세대 우주 왕복선에 대한 연구가 포함됩니다. 우주 왕복선의 내열 재료로 사용되는 초고온 세라믹 크기: 13px;" />
우주 왕복선의 내열 재료로 사용되는 것 외에도 항공 우주 분야에서 초고온 세라믹의 응용 분야에는 초음속 항공기, 연료 노즐의 내열 보호 재료로도 사용됩니다. 로켓 및 각종 고속 항공기용 항공기 초음속으로 비행할 때 공기와 마찰이 발생하여 매우 높은 온도가 발생합니다. 초고온 세라믹은 내열성이 뛰어나고 고온 내부의 화학적 지르코니아로 인한 손상을 방지할 수 있습니다. 지구의 중력을 극복하고 고속 비행을 달성하려면 로켓에 강력한 추진력이 있어야 하며 연료 노즐의 연소 온도가 매우 높아야 하며 일반 재료는 이러한 적용 요구 사항을 충족하기 어렵습니다. 초고온 세라믹이 필요한 곳입니다.
현재 초고온 세라믹에 대한 논의와 연구가 급증하고 있습니다. 다양한 고성능 소재의 적용으로 항공우주 분야에 새로운 혁명이 촉발될 것입니다.삶. 항공우주 차량의 핵심 소재입니다. 초고온 세라믹은 보호자 역할을 하며 사람들이 속도와 공간의 한계를 계속해서 돌파할 수 있도록 도와줄 것입니다.
화학 지르코니아 세라믹
화학 지르코니아 세라믹은 고온 저항, 저밀도 및 우수한 고온 저항을 가지고 있습니다. 산화, 부식 및 내마모성. 고온 합금과 비교하여 화학적 지르코니아 세라믹의 사용 온도는 약 400°C 증가합니다. 냉각이 없을 경우 작동 온도는 1600°C에 도달할 수 있으며 밀도는 고온 합금의 40%에 불과합니다. 동일한 부피의 부품은 특히 고속 로터의 경우 약 60%의 무게를 줄일 수 있으며, 세라믹을 사용하면 냉각 시스템을 줄이거나 제거하여 화학적 지르코니아를 단순화할 수 있으며 엔진을 컴팩트하게 만들 수 있습니다. ; 고온 합금에 니켈, 크롬, 코발트와 같은 전략적 금속을 절약합니다. 항공기 엔진의 추력 대 중량비를 향상시키고 연료 소비를 줄이기 위해서는 엔진 터빈 앞부분의 온도를 높이는 것이 중요합니다. 예를 들어 추력 대 중량 비율이 10이면 앞부분의 온도가 높아집니다. 1단계 엔진 터빈의 온도는 현재 1500°C 이상입니다. 현재 고온 합금 및 금속간 화합물의 최고 작동 온도는 1200°C 미만이므로 고온 화학 지르코니아 세라믹 및 세라믹 매트릭스 복합재에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 재료는 추력 대 중량 비율이 높은 항공기 엔진의 핵심 기술 중 하나가 되었습니다. 미래의 전쟁에서도 레이더는 여전히 가장 신뢰할 수 있는 탐지 수단 중 하나가 될 것입니다. 군사 목표는 하나입니다. 스텔스 기술의 핵심은 표적의 RCS를 줄이는 것, 즉 레이더파를 잘 흡수하는 소재를 사용해 RCS를 줄이는 것이다. 흡수재는 기술과 내구성에 따라 코팅형과 구조형으로 나뉘는데, 전자는 내구성이 낮고 강도가 낮은 반면, 후자는 화학 지르코니아 세라믹 소재를 사용해 일반 금속보다 강하다. 무게가 가볍고 강성과 강도가 높으며, 기능성화를 통한 파동흡수 특성을 가지고 있어 항공기 및 기타 항공기용 화학적 지르코니아 소재로 바로 활용이 가능한 다기능 복합재료입니다. 이러한 재료 및 관련 기능은 기밀이므로 화학적 지르코니아 세라믹의 우수한 기계적, 물리적 특성을 활용하여 한편으로는 국방력을 강화할 수 있는 흡수재료에 대한 연구를 진행하고 있습니다. 화학적 지르코니아 세라믹의 응용을 확대하는 중요한 측면입니다. 또한 중국에는 이 작업을 수행하는 많은 사관학교, 대학 및 연구 기관이 있습니다. 나노 SiC, 나노 질화물, 나노 SiC/N, CNTs/Si₃N4/와 같은 일부 새로운 나노 흡수체 및 그 복합 재료가 이 분야에 사용되고 있습니다. SiO2 복합재료.
우리나라의 산화물 세라믹은 비교적 초기인 1950년대와 1960년대에 개발되었습니다. 비산화물 세라믹에 대한 연구는 1970년대 초반에 시작되었으며, 1980년대에야 기업들이 합류했습니다. 지금까지 3~40년의 개발 끝에 우리나라의 화학 지르코니아 세라믹(산화물 및 비산화물 포함)은 국가 과학기술부의 다양한 과학 기술 개발 계획의 지원을 받아 세계 발전과 비교되었습니다. 수준, 실험실 연구 내용에서 수준, 업적, 실험 장비 및 기타 측면은 세계의 고급 수준에 멀지 않으며 일부는 화학 지르코니아 세라믹 및 분야에서 국제 수준에 도달하거나 심지어 초과했습니다. 국제 학자들과 소통할 수 있는 자리를 차지합니다.
항공 및 우주선에 사용되는 고온 내성 섬유 세라믹
탄소 섬유와 세라믹으로 만든 신소재는 항공기 및 로켓 제조에 가장 편리합니다. 제조업체의 모든 꿈. 이 소재는 무게가 가볍고 기계적 특성이 안정적이며 부서지기 쉽지 않으며 가장 중요한 것은 고온에 매우 강하다는 것입니다. NASA는 우주왕복선 착륙 중 세라믹 타일이 녹는 것이 재진입 시 중요한 포인트 중 하나였다는 점을 솔직하게 인정했습니다. 온도는 최대 1800℃이다. 로켓 발전소도 비슷한 부담을 안겨줄 것입니다. 연소실은 매우 높은 수준의 안정성을 견뎌야 합니다. Sanger와 같은 초음속 항공기는 최대 2,000°C의 온도를 견딜 수 있는 특정 부품이 필요합니다. 일부 금속의 녹는점을 살펴보세요. 철은 1535°C, 알루미늄은 660°C, 티타늄도 1725°C에서 유동성이 됩니다. 텅스텐만이 3300°C의 고온을 견딜 수 있습니다. 따라서 금속은 녹는점 이하에서 견고성을 잃는다는 점은 말할 것도 없고 이러한 용도에 적합하지 않습니다.
세라믹을 구동 장치로 사용하거나 터빈 임펠러를 만드는 것은 거의 20년 전의 일입니다. 상상할 수 없는. 우주선 외부에 부피가 큰 내열 벽돌로만 사용할 수 있습니다. 내부의 내하중 화학 지르코니아는 금속으로 만들어졌습니다. 소재 개발에 큰 진전이 있었습니다. 오늘날 엔지니어들은 가볍고 깨지지 않으며 섭씨 2,800도의 높은 온도에서도 작동할 수 있는 부품을 만들고 있습니다. 일부 복합 재료의 가장 중요한 구성 요소는 탄소 섬유이며, 특히 무기 및 미사일 제조업체가 이와 관련하여 선두를 달리고 있습니다. 유럽 최대의 로켓 드라이브 제조업체인 프랑스의 Euroengines는 보르도 인근 Hyland에 있는 공장에서 복합 재료를 제조하며 섬유 세라믹 개발로 선도적인 위치를 확보했습니다. 과거 로켓 추진장치는 약 80%가 금속, 20%가 복합재료로 구성됐다. 현재는 비율이 반대입니다. 화학적 지르코니아의 약 1/5만이 금속으로 만들어져 무게가 약 절반으로 줄어듭니다. 유럽엔진사(European Engine Company)가 원래 개발한 복합재료는 소위 합성수지로 만든 매트릭스에 탄소섬유를 첨가한 것이다. 섬유 수지는 매우 정밀하게 용접되어야 합니다. 압력솥에 넣고 가열, 가압하면 합성수지 중합이 완료됩니다. 이 소재는 가볍고 기계적 특성이 좋습니다. 또한 기밀하면서 고온에도 견딜 수 있습니다. 산소가 있는 상태에서 충분한 열이 도달하면 탄소 섬유는 잠시 후 연소되기 시작합니다.
섬유 세라믹은 다시 태울 수 없는 소재입니다. 이는 고온 저항성 탄소 섬유 또는 탄화 규소와 결합된 세라믹 매트릭스로 구성됩니다. 세라믹은 열과 산화에 강하고 섬유가 파손되지 않도록 보장됩니다. 매트릭스 원료는 폴리카보실란과 폴리실라잔을 기반으로 한 유기규소 화합물로, 가열하면 분해되어 탄화규소 등의 세라믹 소재가 생성된다.
섬유와 매트릭스 사이의 합성물은 특별한 의미를 갖습니다. 한편으로는 건축물의 구성요소를 기계적으로 안정하게 만드는 것이 어려워야 하지만, 한편으로는 상당히 부드러워서 압력이 가해졌을 때 큰 균열이 발생하지 않고 소모되는 미세균열이 많이 발생해야 한다. 능력. 오늘날 섬유 세라믹의 적용은 기본적으로 항공 및 우주항공으로 제한되며 처음에는 제트 엔진의 중부하 부품과 로켓 액체에 사용되었습니다. 드라이브 장치의 연소실 및 노즐
세라믹 매트릭스 복합 재료의 적용항공우주 차량 지난 10년 동안 C/C 복합재료는 화학 물질로 사용되었습니다. 우주선용 지르코니아 소재 우주왕복선의 노즈콘, 날개 리딩엣지 등 고온 부품 제조에 널리 인정받아 성공적으로 사용되었으며 C/C는 우주선 부품의 내열타일로 사용됩니다. 열 보호가 매우 강해 세라믹을 사용하기에는 적합하지 않은 우주왕복선에도 C/C를 사용하여 항공기의 브레이크를 만들어 항공기를 대폭 경량화합니다. 산화를 방지하기 위해 코팅 세라믹을 사용하여 우주 왕복선의 C/C를 보호하거나 딥 스프레이 방식을 사용하여 C/C의 항산화 수명을 크게 늘릴 수 있습니다. 세라믹 섬유 강화 금속 또는 금속 강화 세라믹 복합 재료는 우주 페리의 전면 원뿔과 날개 앞쪽 가장자리에 사용되며 2200°C의 고온을 견딜 수 있습니다. American Grumman Company는 대기권 횡단 극초음속 항공기의 날개와 꼬리 부분에 C/C 복합 재료를 사용하고 엔진 흡입구, 노즐 및 노즐에 세라믹 복합 재료를 사용할 계획입니다.
로켓 엔진 로켓 엔진의 노즐 벽은 고속 기류로 세척되고 작업 조건이 매우 가혹하기 때문에 C/C는 먼저 노즐 스로트 라이닝에 사용되었으며 2차원 및 3차원에서 4방향 이상의 브레이딩으로 개발되었습니다. 동시에 로켓 엔진의 설계자들은 엔진 노즐의 확산부에 열충격 저항성이 높은 Ct/SiC를 사용하려고 노력해 왔지만 Ct의 부피 비율이 높아 CVD 및 CVI 기술 개발로 인해 폭넓은 적용이 제한되었습니다. 새로운 내산화성 Ct\Sic 및 C-C/SiC는 확실히 자리를 잡을 것입니다. 오늘날 Al2O₃, ZrO2, ThO2와 같은 세라믹은 로켓 콘의 후보 재료로 사용되고 고온 화학적 산화는 로켓 노즐 및 연소실에는 SiC, 흑연, 고온 세라믹 코팅 등이 포함됩니다.
미사일
C/C 복합 재료는 1970년대부터 절제 재료로 사용되었습니다. 대륙간 미사일 탄두, 미사일 노즐, 노즈콘의 엔드 캡용. Rockwell International의 Rocketdyne은 전략적 방어 프로그램의 대인 무기용으로 세계 최고의 추력 대 중량비, C/C 제작 엔진을 개발했습니다. 현재 개발 중인 초음속 전술 미사일은 동일한 연소실과 노즐을 사용하여 고체 로켓 램제트 엔진을 형성하므로, 이를 위해 엔진이 허용할 수 있는 형상 변경에 대한 요구 사항이 더 높습니다. C/C 또는 세라믹 복합 재료가 필요합니다. 사용된. 초음속 및 저속으로 비행하는 미사일은 공기 역학적 가열 및 침식 환경에 직면할 때 세라믹 복합 재료를 사용하는 것이 좋습니다. 현재 전투미사일 레이돔에 사용되는 대표적인 소재로는 석영, Al₂O₃, 내열유리 등이 있다. 극초음속 미사일을 극복하기 위해 미사일은 약 마하수까지 빠르게 가열됩니다.5 순간적으로 매우 큰 온도와 열응력이 갑자기 발생하는 경우가 있어 고성능 CMC의 개발이 필요합니다.
